火山の噴火は、通常、死や破壊を伴うが、ハワイ島で最近発生した噴火は、予想外の生物学的爆発を引き起こし、巨大な藻の塊が太平洋まで数百マイルにわたって広がった。
2018年5月から8月にかけて、ハワイのキラウエア火山で噴火が続き、数百万立方メートルの溶岩が北太平洋に流れ出しました。この噴火は地元住民に大きな被害をもたらし、塩酸とガラス粒子を含んだ有毒ガスの噴出を懸念する声が上がりました。しかし、キラウエア火山のゆっくりとした噴火は、予想外の事態を引き起こしました。それは、表層に生息する光合成微生物、植物プランクトンの大発生です。
今週サイエンス誌に掲載された新しい研究は、この噴火について、そして摂氏1,170度（華氏2,140度）に達する大量の溶岩がどのようにしてこの予想外の出現を引き起こしたかについて説明している。
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ハワイ大学マノア校（UH）のサム・ウィルソン氏と南カリフォルニア大学（USC）のニック・ホーコ氏が共同で主導したこの研究は、植物プランクトンの大発生とその発生条件（藻類の大発生の急増を考えると非常に重要！）についての理解を深めるとともに、植物プランクトンの成長を促進するこれまで知られていなかったメカニズムを明らかにしています。
キラウエア火山の噴火開始からわずか3日後、科学者たちは衛星写真で植物プランクトンブルームを発見しました。クロロフィルは光合成を行う植物プランクトンが利用する集光性色素で、巨大な緑色の塊の形で現れています。ハワイ大学マノア校微生物海洋学研究教育センター（C-MORE）の研究者たちは、研究船カイミカイ・オ・カナロア号をチャーターし、現場へ出航してブルームの分析とリアルタイムでの影響の調査を行いました。これは、栄養塩に乏しい海洋生態系を調査し、突然の大規模な溶岩流入に対する反応を評価する、前例のない機会でした。
2018年7月13日から17日にかけて、キラウエア火山が長引く癇癪の渦中にあった間、研究者たちは溶岩が海に流れ込んでいる付近の水質と生物活動を測定した。研究室に戻ったチームは、南カリフォルニア大学の科学者たちの協力を得て、このプロセスが単に温水と溶岩の流入という単純なものではなく、はるかに複雑なものであることを突き止めた。
実験室での実験で示されたように、このプロセスの重要な要素には高濃度の硝酸塩が含まれていました。問題は、玄武岩質溶岩には窒素がほとんど含まれていないことです。窒素は陸上植物と水生植物の両方にとって天然の肥料となります。
「このような藻類の大量発生は、私たちが予想していた理由は全くありませんでした」と、研究の共著者であり、南カリフォルニア大学ドーンサイフ校の地質学者であるセス・ジョン氏は、南カリフォルニア大学のプレスリリースで述べた。「溶岩には硝酸塩は含まれていません。」
その代わりに、高温の溶岩が海底付近の環境をかき混ぜ、栄養分に富んだ海水を海面に押し上げました。太陽の光に照らされた海面上に生息する植物プランクトンは、突如として、まさにジェームズ朝時代の饗宴のような栄養分を享受し、藻類の急激な増殖につながる摂食競争を引き起こしました。
「硝酸塩濃度の上昇は、大量の溶岩が海に流入して生じた、栄養分に富んだ深層水の浮力によって起きたのではないかと我々は仮説を立てている」と研究著者らは記している。
実際、広大な緑色の噴煙は、藻類の生育に必要な成分、すなわち高濃度の硝酸塩、ケイ酸、鉄、リン酸で満たされました。興味深いことに、カリフォルニア沿岸では、灼熱の溶岩の影響ではなく、強い海流の結果として、深海からの同様の栄養塩の湧昇が自然に発生しています。
この発見は「陸と海のつながりというより広い文脈の中で、溶岩と海水の相互作用についての理解を深めるものだ」とウィルソン氏はハワイ大学のプレスリリースで述べた。
噴火開始から3週間後、驚くべきことに、ブルームはハワイ沖約160キロメートルにまで広がりました。その後数ヶ月、煙はさらに大きくなりました。噴火が続く間、煙は残り続けましたが、溶岩の海への流れ込みが止まるとすぐに消え去りました。植物プランクトンにとって、パーティーは突然終わりを迎えたのです。
このような海洋肥沃化現象はこれまで記録されていませんが、ハワイやその他の火山活動が活発な地域など、他の場所でも同様のプロセスが発生している可能性があります。ニューヨーク・タイムズ紙の取材に対し、ウッズホール海洋研究所のハリエット・アレクサンダー氏は、今回の研究には関与していないものの、火山活動は「海洋全体における植物プランクトン生態系にとって非常に重要な要因となる可能性がある」と述べています。
研究者たちは今後、火山の火口底に現れている水たまりを分析したいと考えている。火山が生命を育む驚くべき能力については、まだ多くのことが分かっていない。
